Ciao, mi spiace contraddirti ma c'è un errore di fondo.
Hai ragione quando dici che a parità di lunghezza focale dal diametro delle lenti dipende la luminosità.
Il fatto è che 52mm e 72mm non è il diametro delle lenti, ma quello della filettatura per montare i filtri.
Quello a cui ti riferisci tu (diametro delle lenti, o meglio, diametro dell'apertura del diaframma) si confronta utilizzando il numero f. Da questo dipende la luminosità dell'obiettivo, la relazione tra luminosità (numero f), lunghezza focale (L) e diametro dell'apertura del diaframma (d) è:
f=L/d
Questo significa che se il 55-200 a 200mm, ed il 28-200 a 200mm hanno entrambi apertura massima f5.6 allora sono luminosi allo stesso modo. Avranno entrambi anche lo stesso diametro del diaframma, pari a 35.71mm (circa).
Il dettaglio non dipende strettamente dal diametro delle lenti, o dalla dimensione dei filtri, ma dalla progettazione in generale dell'obiettivo. E' vero che gli obiettivi luminosi sono otticamente migliori: non è perchè sono luminosi, ma perchè sono in genere obiettivi professionali e piuttosto costosi

Il motivo che mi viene in mente in maniera più lampante, del perchè il Tamron abbia una filettatura molto più grande è la sua estensione. Con un diametro filtri piccolo (come 52mm) alla minima estensione quasi sicuramente il filtro sarebbe troppo piccolo, e creerebbe una vignettatura meccanica (si vedrebbero i bordi del filtro nella foto). Questo si risolve solo con un filtro più grande. Il problema nel Nikon non si verifica, perchè l'estensione è minore.
Per quanto riguarda la qualità, se ti ritrovi a scegliere tra i due obiettivi, ti consiglio il Nikon. Non solo perchè è Nikon (non è un eccellente obiettivo, ma è comunque buono, io ce l'ho...), ma perchè avendo un rapporto tra le focali minore (è un 3.6x, il tamron è più di 7.1x) è frutto di minori compromessi riguardo alle soluzioni costruttive e alla qualità delle lenti.
Ciao, Mattia